KR0177648B1 - 프로젝터의 후면투사스크린 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘트라스트 및 휘도가 향상되고, 스크린의 제작이 쉽고 이로인해 제작비용이 저렴하도록 된 프로젝터의 후면투사스크린을 제공하고자 한 것으로서, 투사빔의 입사면측에는 프레넬렌즈로 구성된 입사면, 관찰자쪽에는 전반사면을 가지는 불투명 흑색흡수체와 빔을 분산하는 분산제층 또는 분산층(fine-mat-surface)이 그의 표면에 분포되어있는 비교적 투명한 수지(resin)의 1시트구조를 가진 것으로서 흑색흡수체의 폭과 투과면의 폭을 조절함으로써 외부광의 흡수비율을 조절가능하도록 한 것을 특징으로 하며, 종래 스크린에 비해 휘도 및 콘트라스트를 월등하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

프로젝터의 후면투사스크린
제1도는 종래 프로젝터의 후면투사스크린을 나타낸 도면.
제2도는 제1도에서의 스크린을 나타낸 도면.
제3도는 본 발명에 따른 프로젝터의 후면투사스크린을 나타낸 도면.
제4도는 제3도의 스크린의 광경로도를 나타낸 도면.
제5도는 본 발명에 따른 흑색흡수체의 구조를 나타낸 도면.
제6도는 본 발명의 스크린 내부에서의 반사빔의 경로를 나타낸 도면.
제7도는 본 발명의 흑색흡수체가 형성된 스크린을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 투사렌즈 12 : AMA패널
20 : 스크린 20a : 프레넬렌즈
22 : 흑색흡수체 22a : 전반사면
24 : 분산층 26 : 투과면
본 발명은 프로젝터(projector; 투사형화상표시장치)의 후면투사스크린에 관한 것으로, 투사렌즈쪽에는 프레넬렌즈로 구성된 입사면, 관찰자쪽에는 비교적 투명한 수지(resin)에 전반사면을 가지는 불투명 흑색흡수체와 빔을 분산하는 분산제층 또는 분산층(fine-mat-surface)이 분포되어있는 1시트구조를 가진 프로젝터의 후면투사스크린에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형화상표시장치와 투사형화상표시장치로 구분된다.
직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tude)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는 데 한계가 있다.
또한, 투사형화상표시장치, 즉 프로젝터에는 대화면용 액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하게 중량을 작게 할 수 있다. 그러나 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA라 칭함)를 이용한 프로젝터가 개발되었다. AMA를 이용한 프로젝터는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별된다. 1차원 AMA는 거울면들이 M×1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울면이 M×N 어레이로 배열되어 있다(도시않됨). 따라서 1차원 AMA를 이용하는 프로젝터는 주사거울을 이용하여 M×1개의 광선들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 프로젝터는 M×N개의 광속들을 투사시켜 M×N화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.
제1도는 종래 프로젝터의 후면투사스크린의 작용을 나타낸 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 프로젝터는 LCD패널(2), 투사렌즈(4), 스크린(10)을 포함하여 구성되고, 상기 스크린(10)은 투사렌즈(4)측에 프레넬렌즈(Fresnel lens)(10a), 관찰자쪽에는 렌티큘라렌즈(lenticular lens)(10b)가 형성된 것이다. 미설명부호 6은 광축(optical axis)을 나타낸다.
상기 제1도에서와 같이 스크린(10)은 한 장으로 되어 있고, 비교적 투명한 수지(resin)의 재질이며, 상기 스크린(10)의 내부에는 SiO2, CaCO3, TiO3, BaSO4, ZnO, Al(OH)3등과 같은 분산제(diffuser)를 첨가하여 구성된다.
제2도 (a), (b), (c)는 한 장으로 구성된 상기 스크린(10)에 형성된 다양한 모양의 렌즈를 나타내는데, 이에 도시한 바와 같이, 각각 일면에는 프레넬렌즈(fresnel lens)(10a)면, 타측면에는 렌티큘라렌즈(lenticular lens)(10b)면을 각각 형성한 것이다.
상기와 같이 구성된 프로젝터의 후면투사스크린의 작용을 설명하면, 프레넬렌즈(10a)는 투사렌즈(4)로부터의 투사이미지빔에 대해 필드-렌즈(field lens)의 역할을 하여 스크린에 투사된 빔을 관찰자 방향으로 집속되게 한다. 이후, 투사빔은 스크린(10)의 내부에서 분산제(diffuser)를 통과하면서 어느정도 분산되는데, 필요로 하는 시계각(angle of field view)에 따라 분산제의 농도나 두께의 조절에 의해 결정된다. 최종 투과경로인 렌티큘라렌즈(10b)는 상기의 과정에 의해 분산되어 나온 투사이미지빔을 수평방향으로 원하는 수평시계각으로 더욱 분산시키는 역할을 한다. 이러한 과정으로 관찰자는 스크린(10)에 맺힌 투사 이미지빔을 일정한 수직, 수평 시야각(viewing angle)을 가지면서 관찰할 수 있는 것이다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 프로젝터의 후면투사스크린에서는 사용되는 광량(flux)의 제한으로 일정한 시야각 내에서만 일정한 밝기를 유지할 목적으로 투사 이미지빔을 발산각을 제한하기 위해 렌티큘라렌즈(10a)를 사용하였는데 이로인해 외부광의 렌티큘라렌즈(10a)면으로의 이미지빔의 입사시 되반사되는 광이 많기 때문에 투사렌즈(4)쪽에서 스크린(10)으로 투사된 이미지가 관찰자측에서 보여질 때 콘트라스트(contrast)가 현저히 감소되는 문제점이 있었다. 또한, 스크린(10)에 형성되는 렌티큘라렌즈의 형상이 복잡함으로 인해 제작이 어렵고 복잡하여 제작원가가 상승되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 프로젝터의 후면투사스크린에 있어서의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 콘트라스트 및 휘도가 향상된 프로젝터의 후면투사스크린을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스크린의 제작이 쉽고 이로인해 제작비용이 저렴하도록 된 프로젝터의 후면투사스크린을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 프로젝터의 후면투사스크린은 AMA패널, 투사렌즈, 스크린을 포함하여 구성된 프로젝터에 있어서, 상기 스크린은 투사렌즈로부터 투사빔이 입사되는 입사면측에는 프레넬렌즈가 형성되어 있고, 관찰자측에는 스크린내측으로 소정각도를 가진 전반사면이 소정간격을 두고 다수개가 형성된 흑색흡수체와 분산층(fine-mat-surface)이 비교적 투명한 수지(resin)플레이트표면에 형성되고, 스크린의 흑색흡수체의 폭(b)과 투과면의 폭(a)을 조절함으로써 외부광의 흡수비율이 조절가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 프로젝터의 후면투사스크린을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 프로젝터의 후면투사스크린에 있어서의 광학계의 원리를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 프로젝터는 AMA패널(12), 투사렌즈(4), 스크린(20)을 포함한다. 6은 광축(optical axis)을 나타낸다. 본 발명에서는 상기 설명한 바 있는 AMA를 이용한 프로젝터이다.
제4도는 제3도의 광학계의 광경로도를 나타낸 도면이고, 제5도는 본 발명에 따른 흑색흡수체의 구조를 나타낸 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 스크린(20)은 투사렌즈(4)로부터 입사되는 투사이미지빔의 입사측면에 프레넬렌즈(20a)가 형성되어 있고, 관찰자측면에는 전반사면을 가지는 흑색흡수체(22)와 분산층(fine-mat-surface)(24)이 형성되어 있다.
상기 흑색흡수체(22)는 관찰자를 향하는 A면은 매끄럽지 않게하고 흑색으로 외부광을 잘 흡수할 수 있도록 되어있다. 즉 A면은 분산층(fine-mat-surface)이면서 흑색으로 코팅(coating)되어 있다. 스크린(20)의 내측으로 소정각도 φ를 가진 전반사면(22a)이 형성되어 있는데, 상기 전반사면은 매끄러운 상태이거나 또는 매끄러운 상태로 코팅(coating)되어 전반사가 잘 일어날 수 있도록 되어 있다.
제6도는 제4와 유사한 도면으로서 스크린 내부의 전반사면에서의 반사빔의 경로를 나타낸 도면이다. 본 발명에서는 특히, 스크린(20)의 투명한 부분의 굴절률, Na와 상기 흑색흡수체(22)의 경사면부분의 굴절률, Nb에 의해 결정되는 총내부반사(total internal reflection)조건을, θTIR=π/2-arcsin(Na/Nb)보다 작은각이 되도록 흑색흡수체(22)의 경사각 θ를 유지시켜 주는데, 즉, 제5도에 도시한 바와 같은 흑색흡수체(22)가 전반사를 일으키기 위한 각도 φ는 φ2θTIR=π-2arcsin(Na/Nb)인 조건을 만족해야 한다. 상기 흑색흡수체(22)는 그의 전반사면(22a)이 스크린(20)의 프레넬렌즈(20a)에서 수직으로 입사되는 빔의 방향에 대해 소정각도 θ를 가지도록 설치된다.
제7도는 본 발명에 따른 스크린의 일측면 사시도로서, 이에 도시한 바와 같이, 스크린(20)은 투사렌즈(4)에 의한 투사빔의 입사면일측에 프레넬렌즈(20a)와, 관찰자측에는 흑색흡수체(22) 및 분산층(24)이 형성된 구조이고, 상기 흑색흡수체(22)는 다수개가 소정의 간격을 가지고 배열되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 프로젝터의 후면투사스크린에 있어서의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
프로젝션렌즈(4)로부터 투사된 빔은 스크린(20)의 입사측에 형성된 프레넬렌즈(10a)에 의해 관찰자방향으로 집속된다. 이후 집속광은 스크린(20)의 관찰자 측면을 지나면서 분산층(fine-mat-surface)을 통과하여 여러방향으로 분산되게 된다. 이때 집속광중에서 상기 스크린(20)에 형성된 흑색흡수체(22)의 전반사면(22a)에 입사되는 집속광이 생기게 되는데, 흑색흡수체(22)의 전반사면, 즉 경사면에서 반사되어 관찰자쪽면을 향하여 투사된다.
또한, 본 발명에서는 제7도에서와 같이 스크린(20)에 있어서, 투과부(26)의 비율, a와 관찰자측, 즉 투사면측에 형성된 흑색흡수체(20)의 폭, b의 비율을 조사하여 스크린(20)의 외부광흡수비율을 조절할 수 있다. 상기 흑색흡수체(20)를 사용하면 전반사면에 의해 수평방향으로의 분산을 유발할 수 있다. 이때 분산제층 또는 분산층(fine-mat-surface)(24)에 의해 수직방향의 분산과 수평방향의 분산이 더욱더 발생됨으로써 관찰자에게 필요한 수평시야각과 수직시야각(일반적으로 수평시야각수직시야각)을 제공할 수 있게 된다.
상기 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터의 후면투사스크린은 흑색흡수체(22)가 관찰자쪽에서 스크린(20)에 입사하는 외부광을 흡수할 수 있기 때문에 외부광의 스크린(20)에서의 반사량을 현격하게 감소시켜 스크린(20)의 외부광에 대한 투사빔의 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 제7도와 같이 흑색흡수체를 배열하면 기존 스크린에서 수직방향으로 배열해 있는 렌티큘라렌즈와 투사 픽셀(pixel)과의 모아레무늬(moire fringe)발생의 문제점을 제거해 주는 효과가 있고, 기존의 스크린에 비해 본 발명의 투과면 형상을 단순함으로 제작원가의 절감이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 기존의 CRT나 LCD방식의 후면프로젝션TV 광학계보다 훨씬 광효율이 높은 AMA(Actuated Mirror Array)방식의 후면프로젝션TV 광학계에 적용하여 더욱 풍부한 광량에 의해 더욱 효과적인 화면 콘트라스트 향상과 더욱 넓은 시야각의 확보가 가능하게 되었다.

Claims (4)

  1. 투사렌즈로부터의 투사빔을 스크린을 통해 관찰하는 프로젝터의 후면투사스크린에 있어서, 상기 스크린(20)은 투사빔이 입사되는 입사면측에는 프레넬렌즈(20a)가, 관찰자측면에는 상기 스크린(20)내측으로 소정각도를 가진 전반사면(22a)이 소정간격을 두고 다수개가 형성된 흑색흡수체(22)와 분산층(fine-mat-surface)(24)이 비교적 투명한 수지(resin)플레이트표면에 형성되고, 상기 스크린(20)의 흑색흡수체(22)의 폭(b)과 투과면(26)의 폭(a)을 조절함으로써 외부광의 흡수비율이 조절가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 프로젝터의 후면투사스크린.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흑색흡수체(22)의 전반사면의 꼭지각 φ는
    φ2θTIR=π-2arcsin(Na/Nb)
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 후면투사스크린.
    단, θ:흑색흡수체의 경사각.
    Na:스크린의 투명부분의 굴절률.
    Nb:흑색흡수체의 전반사면 부분의 굴절률.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흑색흡수체(22)는 관찰자측면이 흑색으로 코팅(coating)되어 외부광을 잘 흡수할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 프로젝터의 후면투사스크린.
  4. 제2항에 있어서, 상기 흑색흡수체(22)의 전반사면(22a)은 매끄러운 상태로 코팅(coating)되어 전반사가 잘 일어날 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 프로젝터의 후면투사스크린.
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